本文首發(fā)于Ansys中國知乎機構(gòu)號：《一篇文章看完Fluent的起源和發(fā)展史詩》

作者：Bill Kulp

馬世虎編譯整理

注：譯者在翻譯過程中結(jié)合了其它材料，并根據(jù)自己的了解添加了部分注釋，故譯文與原文略有出入。

『編者按』

2019年，是Fluent誕生40周年。能夠成為一款對行業(yè)影響極其深遠的成功軟件，除了深厚的技術(shù)和經(jīng)驗沉淀，還需要那份最難于堅持的初心。翻閱Fluent的歷史，可以看到其幾個創(chuàng)始人都是普通學生，當時他們的目的就是想把CFD軟件商業(yè)化、普及化。后來在得到企業(yè)資助后，F(xiàn)luent也始終保持著“為工程師們提供一個交互式的軟件，向他們提供強大的技術(shù)支持”的初衷。本文梳理了Ansys Fluent的發(fā)展歷程，或可為國內(nèi)CAE行業(yè)從業(yè)人士提供一些參考。

絕大多數(shù)市面上如雷貫耳的軟件都得益于其一兩個創(chuàng)始人非凡的遠見（如Ansys結(jié)構(gòu)軟件最早就是Swanson博士一個人的杰作）。然而，F(xiàn)luent卻是由一群年輕人創(chuàng)造出來的。這里要提到的第一位是來自土耳其的Hasan Ferit Boysan（在2006年Ansys收購Fluent前，擔任Fluent的COO）。1975年他來到英國謝菲爾德大學開始了他的流體力學研究生課程。當時流體力學里面幾乎所有的計算工作都是手算完成的，Boysan遇到了另外一個土耳其學生Ali Turan，Turan當時正在做Cora3代碼的研究工作，Cora3是倫敦帝國理工學院的斯波爾丁教授開發(fā)的最早的CFD代碼，用以模擬突擴燃燒室中的燃燒現(xiàn)象。就像當時所有的CFD代碼一樣，用戶必須在使用前制作穿孔輸入卡片，而卡片上的錯誤只有在求解器崩潰后才能發(fā)現(xiàn)。Turan請求Boysan幫著用Cora3求解他博士論文中的一個問題。進展非常緩慢，因為每次改變幾何或者是邊界條件，就不得不重新手工制作打孔卡片。

這段經(jīng)歷非常痛苦，不過他們最終獲得了足夠的結(jié)果。Turan成功完成了博士論文，1976年，Boysan回到了土耳其。因為可以利用計算機代碼獲得一點計算結(jié)果，他已經(jīng)在CFD領(lǐng)域小有名氣了。

1979年，在謝菲爾德大學化學工程系的教授Jim Swithenbank的邀請下，Boyan再次返回謝菲爾德，幫助教授開發(fā)了一款可以交互式定義幾何和邊界條件，專門用來求解旋流分離器的代碼。一名叫Bill Ayers的學生當時也參與開發(fā)了這款軟件。軟件最終發(fā)表在化學工程師學會匯刊上，并聲明可以免費給讀者提供源代碼的拷貝。隨后，幾百封索要源代碼的郵件涌入了他們的郵箱，這幾個年輕人意識到，交互式CFD代碼可能擁有巨大的商業(yè)潛力…

Boysan和Ayers當時還是謝菲爾德大學的研究生，他們開發(fā)了一款通用目的的程序，該程序代表了CFD的一個新紀元的啟航——交互式界面出現(xiàn)，用戶可以在圖形界面上修改幾何、邊界條件，并且觀察這些變化產(chǎn)生的效果。這款軟件也定義了前處理、求解、后處理的求解過程。軟件被命名為Tempest，在謝菲爾德大學的Perkin Elmer 3205的計算機上，它可以求解400個節(jié)點的幾何。這臺古董級的機器內(nèi)存只有1MB，卻占用了學校的一整間屋子！

隨后，Ayers向燃燒工程公司和巴特爾實驗室展示了Tempest，兩家公司對此展示了極大的興趣，并花了幾千美元買了源代碼。這讓Boysan等人備受鼓舞，他們決定向謝菲爾德大學尋求投資，以便將該軟件進一步商業(yè)化。可是，到底要如何向非專業(yè)人士解釋這個具有商業(yè)前景的項目呢？很快他們將目光鎖定在謝菲爾德大學剛剛修建的一所帶有觀賞水池的大樓，這座大樓完工后，大樓周圍的氣流把水吹到了人行道上，最后校方又不得不把水池填平。這幾個年輕人想以此為例，展示Tempest其實可以計算大樓周圍的氣流，從而事先預測出這個問題并及時規(guī)避。然而，學校管理層得知這項技術(shù)后，卻十分擔心由此發(fā)現(xiàn)更嚴重的大樓設(shè)計問題，加上當時他們并不看好這款軟件，所以，拒絕了雄心勃勃的這群“企業(yè)家”們。

前面提到的Swithenbank教授，當時還是一家位于美國新罕布什爾的叫做Creare（Creare是一家工程咨詢公司，同時也投資一些小型的前瞻技術(shù)公司。有興趣的讀者可以查看一下該公司的網(wǎng)站，到現(xiàn)在，他們還在利用Fluent軟件向客戶提供CFD咨詢服務(wù)）的咨詢公司的特約雇員。1982年底，他寫信給這家公司請求商業(yè)化他們的軟件（當時Creare已經(jīng)成功孵化出了一系列的公司）。這封信被轉(zhuǎn)發(fā)給了公司合伙人，但是除了Bart Patel（在2006年Ansys收購Fluent前，擔任Fluent的CEO），每個人都對此毫無興趣。Bart向老板回了一個便條，說“這個東西可能很有趣”。Ayers于是把代碼裝在了Creare的DEC PDP-11微型計算機上，向Patel進行了展示，Patel立即喜歡上了這款軟件。

后來，Boysan和Ayers成立了一個叫做Boteb的公司，Creare從Boteb公司購買了軟件的商業(yè)版權(quán)，提供了10%的銷售版稅和25,000美元的最低保證，并且同意購買Boteb至少1000個小時的開發(fā)和支持服務(wù)。這時Patel察覺到，Tempest這個名字聽起來太復雜了，遂將其改名為Fluent，以此來強調(diào)這款軟件的易用性（Fluent有流利、順暢的意思）。

原Fluent總部。目前，Ansys CFD產(chǎn)品的主要研發(fā)部門還在這棟二層小樓里辦公

在最初幾年，創(chuàng)始人們的幾個關(guān)鍵決定起了非常大的作用，就是這些決定，最終讓Fluent在當時蓬勃興起的CFD市場中脫穎而出——當時，其它的流體軟件開發(fā)者售賣永久授權(quán)，而技術(shù)支持則以小時收費。Patel發(fā)覺，用戶其實需要大量的支持，但是，如果不得不按小時來付費，他們會選擇使用比實際需要少得多的技術(shù)支持，因此最終可能無法得到理想的結(jié)果。所以，Patel決定以年租的形式進行授權(quán)銷售，這種授權(quán)包含了無限的技術(shù)支持，其綜合售價非常接近競爭對手永久授權(quán)的價格。這是一項關(guān)鍵性的決策，對Fluent最終的成功起到了至關(guān)重要的作用。

另一個關(guān)鍵決策就是將所有物理模型和求解器都打包到Fluent中，把它們作為一個整體制定統(tǒng)一的年租價格進行售賣。當時，市場的領(lǐng)導者是CHAM（CHAM公司及其主打產(chǎn)品Phoenics是大名鼎鼎的斯波爾丁教授的杰作），它的銷售策略是，給用戶一個模塊和求解器菜單，每個模塊都有單獨的價格，然后讓用戶來選擇。可是用戶發(fā)覺很難事先決定他們要買哪些求解器和模塊。而Fluent的打包出售策略就非常吸引人，尤其對于投資新的技術(shù)方向的使用者來說，這種策略通常效果更好。

在市場和行業(yè)定位上，Patel最早將重心聚焦在了燃燒和燃氣透平機械上，從而避開了與對手CHAM的直接競爭。隨后他要求Boysan和Ayers增加物理模型，讓軟件能夠處理液滴、顆粒的運動，并且把這些模型整合到交互式的用戶界面中。

Patel在市場推廣方面做出巨大的努力。1983年，他邀請Creare具有燃燒技術(shù)背景的客戶參加Fluent首屆研討會，期間還準備了一個參會手冊分發(fā)給那些客戶。Patel請參會者預先提交測試問題，然后在研討會中Fluent提供測試結(jié)果。了解到多數(shù)參會人員是沒有購買決策權(quán)的工程師后，他還制作了一個適合讓工程師向他們的經(jīng)理充分展示軟件能力的視頻。大約40個用戶參加了這次研討會，會議期間，80%的參會者最終成交了價值15萬美元的軟件訂單。

隨后，Patel趁熱打鐵，雇傭了第一個正式員工來處理技術(shù)支持問題，他讓技術(shù)支持團隊聚焦于如何幫助用戶使用Fluent獲得成功。這種方法加深了客戶的忠誠度，技術(shù)支持去切身觀察、聆聽客戶的需求，從而更有效地探索下一階段的技術(shù)路線。

Fluent首屆研討會參會手冊封面

參會手冊中Fluent的計算結(jié)果

隨著不斷發(fā)展，F(xiàn)luent建立了多個工業(yè)領(lǐng)域團隊，每個團隊聚焦在特定的工業(yè)領(lǐng)域去銷售Fluent。這些團隊內(nèi)部本身包含了多個職能，例如，銷售、市場、客戶支持和咨詢，且被置于一個單獨的業(yè)務(wù)部門下管理。早期的團隊領(lǐng)導在開發(fā)利潤豐厚的業(yè)務(wù)方面，獲得了大量的經(jīng)驗，他們中的許多人后來在Fluent或其它領(lǐng)域取得了非常成功的職業(yè)發(fā)展。

整個1980年代，Boysan和Ayers都呆在謝菲爾德，做了大量的開發(fā)工作。一旦遇到問題，Patel就會給Boysan打電話，有時，甚至在午夜，Boysan也會接到Patel的電話，然后起來試著找出到底是哪里出了問題。而Boteb也逐步發(fā)展成Fluent在歐洲的分銷商，并最終被Fluent收購，成為Fluent的歐洲業(yè)務(wù)部門。

水下防噴器的網(wǎng)格。如今Fluent只需要30分鐘就可以完成，對比上圖1980年代Fluent中對換熱器的模擬，可以感受到它的演變。（圖片來源：Bill Kulp，Ansys Blog 2019）

與此同時，Patel非常注重與高校的關(guān)系。一開始就以較低的價格向大學提供軟件，與相關(guān)領(lǐng)域教授建立良好的關(guān)系，并在招募優(yōu)秀學生時也獲得了院校的大量幫助。他專注于招募那些對CFD有激情的天才人物，候選人通常要經(jīng)歷長達一天甚至更長時間的面試。

早期的關(guān)鍵性招募包括來自于明尼蘇達大學的Dipankar Choudhury（他在2006年Ansys收購Fluent前，擔任Fluent的CTO），現(xiàn)在是Ansys的研發(fā)副總裁；來自于康奈爾大學的Wayne Smith，他領(lǐng)導了Fluent的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格CFD求解器，后來加入了西門子PLM軟件的CD-adpco，成為其高級軟件研發(fā)副總裁；還有來自于愛荷華大學的Zahed Sheikh，他領(lǐng)導了Fluent的早期銷售團隊，后來成為Flomerics的首席執(zhí)行官。

Keith Hanna描述了1989年他作為年輕的研究員在位于提賽德的英國鋼鐵公司的經(jīng)歷。公司當時需要從后來幾個通用CFD市場領(lǐng)導品牌中做出選擇，包括：CHAM的Phoenics、Computational Dynamics的Star Cd和 Fluent。在他的博客中，Hanna說到：

早期的Fluent代碼是一個正交網(wǎng)格程序, 這意味著，網(wǎng)格不能應(yīng)用到任意的CAD幾何上面, 在曲面邊界上不得不簡化為階梯狀。在進行了一些嘗試以后，F(xiàn)luent終于在90年代早期開發(fā)了一個適體版本。

當時，F(xiàn)luent的另外一個限制是，它必須使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，這種網(wǎng)格在生成時非常耗費人力。并且，不適合模擬復雜的幾何，在捕捉流動的物理方面也不夠高效（原文的意思是，當時Fluent已經(jīng)開發(fā)出了結(jié)構(gòu)化的適體網(wǎng)格，但這種技術(shù)的通用性和易用性仍然在實際中受到挑戰(zhàn)）。

Fluent的創(chuàng)始人們做了很多大膽的決定，其中一個是決定不再追求塊狀的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。在90年代早期，F(xiàn)luent是一個單塊網(wǎng)格代碼，而當時競爭對手已經(jīng)提供了多塊網(wǎng)格解決方法，在網(wǎng)格方面這種方法要靈活得多。盡管當時有非常大的市場壓力推動Fluent開發(fā)多塊網(wǎng)格技術(shù)，但管理層決定略過這種技術(shù)，選擇直接開發(fā)自動化的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)，這個看似極具風險的決策，卻最終使Fluent成為行業(yè)領(lǐng)導者。

另一個Creare雇員，Wayne Smith開發(fā)了可以在求解過程中自適應(yīng)的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格CFD求解器，例如在大梯度區(qū)域增加網(wǎng)格的密度。完成該項目后，Smith和他的團隊轉(zhuǎn)到Patel的項目組里，開始為一個新軟件的商業(yè)化工作。他們最終的成果就是，Tgrid四面體網(wǎng)格生成器（Fluent Meshing的前身）和Rampant求解器（熟悉Fluent的Scheme語言的讀者應(yīng)該知道rpsetvar/rpgetvar等指令，其中的rp指的就是Rampant），后者專注于航空航天領(lǐng)域的高馬赫數(shù)可壓縮流動。

由于Rampant局限在相對較小的應(yīng)用領(lǐng)域里，原來的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Fluent代碼在1990年代早期始終是公司的旗艦產(chǎn)品。在1991到1993期間，Rampant獲得了幾個重要的技術(shù)進步，這些進步將被證明對Fluent未來的發(fā)展至關(guān)重要。其中包括客戶端服務(wù)器Cortex架構(gòu)的引入，域分解并行技術(shù)，以及針對不可壓流動問題、利用代數(shù)多重網(wǎng)格技術(shù)的壓力基有限容積方法。

對于多數(shù)讀者來說，可能Rampant比較陌生。事實上它是Fluent發(fā)展過程中非常重要的產(chǎn)品，奠定了Fluent強壯和極易擴展的底層架構(gòu)。上圖是用戶使用Rampant完成的飛機氣動性能模擬的結(jié)果云圖（圖片來源于Richard Smith的學位論文）

1994年，這個版本作為Fluent/UNS 1.0被投入市場，隨后Jaythi Murthy（當時他領(lǐng)導著Fluent的研發(fā)團隊），和Sanjay Mathur花了幾個星期的時間重寫了Fluent/UNS，把它變成了一個在方法和物理上，對于絕大部分的CFD問題更加高效的有限容積代碼，并且在1995年作為Fluent/UNS3.2公開發(fā)布。Murthy后來繼續(xù)在象牙塔中大放異彩，他目前是加利福尼亞大學洛杉磯分校的工程系主任。

而Rampant和Fluent/UNS在未來的數(shù)年里同時存在，直到1998年，他們被合并成了一個軟件，也就是Fluent 5。

Fluent 5迅速成為了旗艦產(chǎn)品，原來的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格Fluent代碼被終止開發(fā)了。所有主要的CFD功能方法都被集成在了一個軟件里面，包括適用于所有流動問題的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格方法，以及帶有簡單易用的交互式用戶界面、可以在并行超級計算機或者是SGI、Sun和惠普新一代的工作站集群上運行的客戶端-服務(wù)器架構(gòu)。

Fluent在1991年脫離Creare公司，后者只保留少數(shù)股權(quán)。Patel接觸了好幾家投資銀行, 希望能夠獲得資金支持買斷Creare的股權(quán)，把公司帶入下一個發(fā)展階段。盡管Fluent當時已經(jīng)可以產(chǎn)生數(shù)目可觀的現(xiàn)金流，但銀行無意于進行收購。這時，Patel正好和Aavid Thermalloy的CEO在一起打高爾夫球，Aavid Thermalloy是位于新罕布什爾的專門為電子設(shè)備生產(chǎn)散熱器的一家公司。Aavid當時也在尋求資金支持，所以Fluent和Aavid進行了合并。1996年1月，合并后的公司進行了IPO，這樣，Creare的股權(quán)被最終買斷，新的公司也獲得了擴張所需要的資金。

之后，F(xiàn)luent逐步收購了一些富有競爭力的CFD軟件公司，借此來獲得他們的技術(shù)和團隊，這其中包括通用CFD軟件Fidap和Polyflow，后者專門處理層流粘彈性流動，而Fluent也在此期間獲得長足的發(fā)展，銷售額從1995年的800萬美元，快速增長到2004年的1億美元。

2006年5月，正如大家所熟知的，F(xiàn)luent被Ansys收購。Ansys當時業(yè)務(wù)主要是固體結(jié)構(gòu)力學，兩家公司在營收上幾乎一樣，F(xiàn)luent的加入，使得Ansys如虎添翼。

業(yè)界公認的CFD工業(yè)之父斯波爾丁教授曾經(jīng)非常直白地表達了Fluent在CFD行業(yè)的影響力。他說，他成立的CHAM公司向世界展示了流體動力學問題可以在計算機上進行求解，而Fluent，證明了工程師可以用這個軟件求解真實世界的問題。

他的表述再次肯定了Fluent最初就設(shè)定好并一直為之努力的目標——為工程師們提供一個交互式的軟件，并且向他們提供強大的技術(shù)支持。

——摘自1983年Fluent產(chǎn)品手冊

Ansys CFD系列產(chǎn)品發(fā)展歷程

* 原文于2019年5月17日發(fā)表在NAFEMS.Org（國際仿真行業(yè)協(xié)會）

https://www.nafems.org/publications/resource_center/bm_apr_19_1/

• Bill Kulp，曾任Ansys資深高級產(chǎn)品經(jīng)理，在Ansys/Fluent任職20多年，并于2020年從Ansys退休。
  

• 馬世虎，Ansys CFD工程師。畢業(yè)于大連理工大學動力工程系，碩士學位。2005年初，加入飛昂軟件技術(shù)（上海）有限公司（原Fluent中國子公司），長期致力于Fluent、Icepak等軟件的技術(shù)支持，對CFD產(chǎn)品在一般工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用以及Fluent的二次開發(fā)有較豐富的見解。